Основные плюсы и минусы паровой турбины

Ознакомьтесь с преимуществами паровых турбин производства G-Team. К их достоинствам относятся быстрая окупаемость инвестиций и высокая эффективность, так как в турбинах используется избыточное тепло, которое обычно бессмысленно теряется. 

Зарабатывайте деньги там, где другие теряют. Создайте новый источник энергии из избыточного пара. 

Предложение комплексного решения уменьшает Ваши затраты на установку. Наши турбины просты в эксплуатации и высокоавтоматизированы. 

  • Минимальные установочные размеры 
  • Высокая тепловая эффективность в диапазоне 85-93,5 % 
  • Минимальный срок службы 25 лет 

Быстрая окупаемость

Период окупаемости, как правило, до 2 лет

Срок окупаемости зависит от мощности паровой турбины, ее расположения в системе и других личных предпочтений, которые могут у Вас возникнуть. Однако, мы всегда можем гарантировать Вам хорошее соотношение цены и выгоды 

Основные плюсы и минусы паровой турбины

Эффективность

Возможность использования даже самых малых источников пара 

Малые паровые турбины используют энергию избыточного пара, которая в противном случае теряется, таким образом, зарабатывая деньги с помощью производства электроэнергии.   

Низкая стоимость установки

По сравнению с нормальными ЕРС единицами, стоимость нашей поставки значительно ниже

Благодаря комплексному решению, нет лишних затрат на строительство для добавления дополнительных устройств. Затраты могут быть дополнительно снижены, в зависимости от простоты установки, которая отражает ваши индивидуальные потребности. 

Основные плюсы и минусы паровой турбины Основные плюсы и минусы паровой турбины Основные плюсы и минусы паровой турбины

Простота

Наши турбины легко настроить и просто использовать

  • простое конструктивное решение 
  • комплектная поставка с фундаментальной рамой и маслом 
  • нет необходимости в дополнительных поставщиках второстепенных услуг 
  • нет необходимости в установке дополнительных устройств для обработки пара
  • незначительные ремонтные работы достаточно просты, чтобы Ваш технический отдел мог сам справиться с ними 

Высокая автоматизация

Благодаря высокой автоматизации, эксплуатация и техническое обслуживание паровой турбины весьма просты. 

Источник: http://www.steamturbo.ru/preimusestva.html

Паровые турбины

Основные плюсы и минусы паровой турбины

Паровые турбины — принцип работы

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.

Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт.

В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбины специального назначения. По типу ступеней турбин они классифицируются как активные и реактивные.

Конденсационные паровые турбины

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами. Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций — электроэнергия.

Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности.

Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.

Частота вращения ротора стационарного турбогенератора связана с частотой электрического тока 50 Герц. То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту.

Частота электрического тока вырабатываемой энергии является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов.

Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийный останов энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.

В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии.

От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс.

ч работы (до капитального ремонта).

Основные плюсы и минусы паровой турбины

Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3).

При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5).

Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.

Теплофикационные паровые турбины

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло.

Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление).

Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней.

Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.

Основные плюсы и минусы паровой турбины

Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3).

При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5).

В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7).

Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.

Паровые турбины специального назначения

Паровые турбины специального назначения обычно работают на технологическом тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).

  • Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.
  • Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
  • Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
  • Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например, питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.

Обычно стационарные паровые турбины имеют нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.

Паровые турбины — преимущества

  • работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое
  • высокая единичная мощность
  • свободный выбор теплоносителя
  • широкий диапазон мощностей
  • внушительный ресурс паровых турбин

Паровые турбины — недостатки

  • высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова)
  • дороговизна паровых турбин
  • низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии
  • дорогостоящий ремонт паровых турбин
  • снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива

Источник: https://manbw.ru/analitycs/steam-turbines.html

Турбины. Паровые турбины

Одним из важнейших этапов в проектировании объектов промышленности является детальный расчет оборудования. Данный процесс отличается высокой трудоемкостью и требует проведения значительного количества вычислений.

Также для проведения правильного расчета необходимо использовать справочные данные и данные, которые были получены опытным путем при проведении экспериментов.

В ходе расчета выясняются и уточняются все параметры, необходимые для осуществления технологического процесса.

Задача расчета состоит в правильном определении оптимального варианта турбинного агрегата, который соответствует технологическим параметрам процесса и обладает наибольшей экономичностью. Расчет турбины ведется на основании заданных условий пара на входе и выходе из нее.

При расчете турбин наиболее важную позицию занимает тепловой расчет, в ходе которого определяются такие параметры как: общий теплоперепад, расход пара, КПД, мощность установки и т.д.

Тепловой расчет начинают с построения процесса расширения пара на I-S диаграмме (диаграмма состояния воды и водяного пара) для определения начальных и конечных параметров процесса.

С помощью полученных графическим методом данных производят вычисление эффективности, экономичности и конструктивных показателей турбины.

Для понимания принципов расчета паровых турбин ниже будут приведены основные расчетные зависимости для наиболее простого варианта турбины – одноступенчатой активного действия. В турбине данного типа пар единожды будет подвержен адиабатическому расширению. Зная теплосодержание (энтальпию) пара на входе в турбину и теплосодержание пара после прохождения сопел, найдем общий теплоперепад:

  • Hоб = i0 — iр
  • где:
  • Hоб – общий теплоперепад, кДж/кг i0 – энтальпия пара на входе в турбину, кДж/кг iр – энтальпия пара посте адиабатического расширения в соплах, кДж/кг
  • Далее, если известен расход этого пара, то становится возможным нахождение мощности турбины. Однако важно отметить, что это полная мощность, в которой не учитываются потери:
  • Nт = (G·Hоб)/3600
  • где:
  • Nт – общая мощность турбины, кВт Hоб – общий теплоперепад, кДж/кг G – расход пара, кг/час
  • Поскольку процесс совершения работы на лопатках совершается не в полном объеме, как и не происходит полной передачи энергии к вращающемуся валу, то эффективная мощность турбины оказывается меньше её полного значения:
  • Nэф = (G·Hоб)/3600·ηот
  • где:
  • Nэф – эффективная мощность турбины, кВт Hоб – общий теплоперепад, кДж/кг G – расход пара, кг/час
  • ηот – относительный эффективный КПД турбины
  • Если паровая турбина используется для выработки электрической энергии, то вводится характеристика – электрическая мощность, отражающая количество работы, идущей непосредственно на выработку электроэнергии. Она связана с эффективной мощностью через следующее уравнение:
  • Nэл = Nэф·ηэг·ηр
  • Где:
  • Nэл – электрическая мощность на клеммах генератора, кВт Nэф – эффективная мощность турбины, кВт ηэг –КПД электрогенератора ηр –КПД понижающего редуктора (ηрберется равным 1 если вал турбины напрямую соединен с валом генератора)
Читайте также:  Сталь 9хс для ножей: плюсы и минусы выбора

Если из уравнения для эффективной мощности турбины Nэф выразить переменную расхода пара G, то получится расчетная формула для рассмотренной величины. С помощью данной формулы можно оценивать необходимый расчет пара для обеспечения выработки предварительно заданной мощности.

  1. G = (Nэф·3600)/(ηт·Hоб)
  2. Если проделать операцию, аналогичную описанной выше, то получится уравнение, с помощью которого становится возможной оценка необходимого количества пара уже для создания предварительно заданной мощности на клеммах электрогенератора:
  3. G = (Nэф·3600)/(Hоб·ηот·ηэг·ηр)
  4. Важным параметром в турбине является угол наклона лопатки к плоскости вращения диска, несущего эти лопатки. Эта величина находится в зависимости от окружной скорости лопаток и скорости потока пара, падающего на лопатки, и выражается следующим уравнением:
  5. u/c = cos(⁡α)/2
  6. где:
  7. u – окружная скорость лопаток, м/с c – скорость потока пара, м/с
  8. α – угол наклона лопаток а оси несущего их диска
  9. Максимальное использование энергии пара было бы при угле α=0, но добиться такого значения практически невозможно, поэтому данный параметр обычно берут из промежутка от 12 до 220, что соответствует значениям скоростей u/c из промежутка от 0,465 до 0,49.
  10. В одноступенчатой турбине скорость потока пара, падающего на лопатки, совпадает со скоростью истечения пара из входных сопел, которая может быть рассчитана по формуле:
  11. Сис = 44,75·φ·√[(H0 + (с²вх)/2003)]
  12. где:
  13. Cис – скорость истечения пара из сопла, м/с φ – скоростной коэффициент, учитывающий потери (берется из промежутка от 0,93 до 0,98 в зависимости от степени обработки сопел)
  14. H0 – адиабатический теплоперепад на сопле, кДж/кг

Свх – скорость входа пара в сопло, м/с

  • Зная окружную скорость лопаток, можно определить число оборотов ротора турбины:
  • n = (60·u) / (π·d)
  • где:
  • n – скорость вращения ротора, об/мин u – окружная скорость лопаток, м/с
  • d – средний диаметр венца лопаток, м
  • Для наглядности приведем решения несложных задач:
  • Задача 1

Одноступенчатая турбина активного действия соединена с электрогенератором через понижающий редуктор. В турбину продается пар с температурой t0=280°C под давлением P0=1,6 МПа.

Противодавление турбины составляет Pпр=0,12 МПа. Электрогенератор развивает на клеммах мощность Nэ=90 кВт. Необходимо рассчитать требуемый расход пара.

КПД турбины принять равным ηт=0,7, КПД редуктора — ηр=0,95, КПД генератора — ηг=0,94.

  1. Решение:
  2. Воспользуемся диаграммой состояния воды и водяного пара и определим энтальпию пара на входе в турбину. Энтальпия пара при t0=280°C0 и P0=1,6 МПа приблизительно равна:
  3. i0 = 2990 кДж/кг
  4. Поскольку пар подвергается адиабатическому расширению только в сопле, а на лопатках активной турбины изменения давления не происходит, то противодавление турбины можно принять равным давлению пара после прохождения сопел. Исходя из этого, вновь воспользуемся диаграммой состояния воды и водяного пара и определим его теплосодержание после адиабатического расширения:
  5. i1 = 2420 кДж/кг
  6. Далее мы можем найти общий теплоперепад на турбине:
  7. H0 = i0 — i1 = 2990 — 2420 = 570 кДж/кг
  8. Теперь можно воспользоваться формулой связи расхода пара и мощности на клеммах электрогенератора и найти искомую величину:
  9. G = (Nэ·3600) / (H0·ηт·ηр·ηг) = (90·3600) / (570·0,7·0,95·0,94) = 909,33 кг/час
  10. Также можно определить удельный расход пара на выработку одного кВт мощности:
  11. Gу = G / Nэ = 909,33 / 90 = 10,1 кг/(кВт·час)
  12. Задача 2

Основываясь на данных предыдущей задачи, определить скорость вращения вала турбины и необходимое передаточное отношение редуктора, связывающего турбину и двухполюсной электрогенератор. Средний диаметр венца лопаток составляет d=0,7 м. Угол наклона сопла α=200. Скоростной коэффициент принять равным φ=0,96.

  • Решение:
  • Определим оптимальное соотношение окружной скорости лопаток и скорости потока пара по формуле:
  • u/c = cos(⁡α)/2 = cos(⁡20)/2 = 0,47
  • Перед тем как найти окружную скорость лопаток, необходимо рассчитать действительную скорость пара на выходе из сопел. Для этого воспользуемся формулой (входной скоростью пара на сопла пренебрегаем и полагаем ее равной 0), взяв из прошлой задачи значение H0=570 кДж/кг:
  • с = 44,75·φ·√(H0) = 44,75·0,96·√570 = 1025,66 м/сек
  • Теперь, используя полученное значение скорости потока пара, определим окружную скорость лопаток турбины:
  • u = [(cos⁡(α))/2]*c = 0,47*1025,66 = 482,06 м/сек
  • Далее становится возможным определение числа оборотов вала турбины:
  • n = (60*u)/(π*d) = (60*482,06)/(3,14*0,7) = 13159 об/мин
  • В нашем случае электрогенератор двухполюсной, поэтому его число оборотов ротора должно равняться 3000 в минуту. Исходя из этого, найдем необходимое передаточное число редуктора:
  • i = 3000/13159 ≈ 1/4,4
  • Далее рассмотрим тепловой расчет простого турбинного агрегата (вычисление основных параметров) путем решения несложных задач.
  • Задача 1.

На турбину подается пар с давлением P0 = 4 МПа и температурой T0 = 380 °C. После прохождения турбины пар расширяется и его давление снижается до P1 = 0,7 МПа. Необходимо определить общий теплоперепад турбины Hоб.

  1. Решение:
  2. Для решения данной задачи воспользуемся диаграммой состояния воды и водяного пара (I-S диаграммой). Отметив на диаграмме точки с начальными и конечными значениями пара, мы определим энтальпии пара i0 и i1 , которые соответствуют следующим показателям:
  3. i0 = 3185 кДж/кг i1 = 2835 кДж/кг
  4. Зная значения энтальпии, определим общий теплоперепад в турбине следующим образом:
  5. Hоб = i0-i1 = 3185-2835 = 350 кДж/кг
  6. Задача 2.

Необходимо установить мощность Nэ одноступенчатой конденсационной турбины, рассчитанной на следующие параметры свежего пара: расход G = 1675 кг/час, давление P0 = 1,5 МПа, температура T0 = 210 °C, давление в конденсаторе Pk = 0,3 МПа. КПД  турбины ŋоt = 0,8.

  • Решение:
  • Первоначально построим процесс расширения пара на диаграмме I-S и определим общий теплоперепад на турбине.
  • Hоб = i0-ik = 2823-2196 = 627 кДж/кг
  • Затем найдем мощность турбины, преобразовав формулу для нахождения расхода пара:
  • Nэ = (G·Hоб)/(3600·ŋоt) = (1675·627)/(3600·0,8) = 365 кВт.
  • Задача 3.

Необходимо определить относительный эффективный КПД (ŋоt) и расход пара турбины, зная следующие параметры ее работы: давление и температура на входе P0 = 8 МПа, T0 = 450 °C; конечное давление пара Pk = 1,6 МПа. Мощность турбины принять Nэ = 2200 кВт. Механический КПД турбины принять равным ŋм = 0,98, а относительный внутренний КПД ŋвн = 0,8.

  1. Решение:
  2. Обратившись к диаграмме состояния воды и водяного пара, мы сможем построить процесс расширения пара в турбине и определить параметры на входе и выходе из нее. Значения энтальпии пара на входе и выходе равны соответственно:
  3. i0 = 3275 кДж/кг ik = 2859 кДж/кг
  4. Искомую величину КПД можно определить согласно следующему соотношению:
  5. ŋоt = ŋт·ŋвн·ŋм = 0,86·0,8·0,98 = 0,67
  6. Где:
  7. ŋт – теоретический КПД, определяемый следующим образом:
  8. ŋт = (i0-ik)/(i0-i’k) = (3275-2859)/(3275-2791,7) = 0,86·100 = 86 %
  9. где: i’k – энтальпия пара при давлении Pk =1,6 МПа (определяется по таблице), кДж/кг.
  10. Для расчета расхода пара необходимо найти общий теплоперепад на турбине:
  11. Hоб = i0-i1 = 3275-2859 = 416 кДж/кг
  12. Теперь найдем расход пара на турбине, используя формулу:
  13. G = Nэ/(Hоб·ŋоt) = 2200/(416·0,67) = 7,9 кг/с
  14. Задача 4.

Для получения одновременно тепловой и электрической энергии на теплоэлектростанции эксплуатируются два типа паровых турбин: с противодавлением и конденсационная, общей производимой  электрической мощностью Nэ = 7500 кВт. На турбины подается пар с давлением P0 = 4,5 МПа и температурой Т0 = 400 °C.

Расход пара на турбину с противодавлением составляет Gп = 8,3 кг/с, а давление на выходе из турбины Pп = 0,16 МПа. На выходе из конденсационной турбины значение давления пара имеет следующее значение Pk = 0,07 МПа. Необходимо определить мощность каждой турбины и расход пара на конденсационной турбине.

Относительный эффективный КПД турбины принять ŋоt = 0,75.

Основные плюсы и минусы паровой турбины

  • Решение:
  • По диаграмме состояния воды и водяного пара найдем общий теплоперепад на каждой из турбин, аналогично приведенным выше задачам.
  • Hоб п = i0-iп = 3210-2512 = 698 кДж/кг
  • Hоб к = i0-iк = 3210-2388 = 822 кДж/кг
  • Определим электрическую мощность турбины с противодавлением, выразив ее из формулы расхода пара:
  • Nэп = Gп·Hоб·ŋоt = 8,3·698·0,75 = 4345 кВт.
  • Теперь вычислим мощность конденсационной паровой турбины вычтя из общей электрической мощности электрическую мощность турбины с противодавлением:
  • Nэк = Nэоб-Nэп = 7500-4345= 3155 кВт
  • Также определим расход пара на конденсационной турбине:
  • Gк = Nэк/(Hобк·ŋоt) = 3155/(822·0,75) = 5,12 кг/с.
  • Задача 5.

Известно, что отдельная ступень турбины имеет относительный КПД ηoi = 0.85, а теплоперепад на ней составляет H0ст =100 кДж/кг. Нужно определить необходимое количество таких ступеней для турбины, работающей в области перегретого пара, общий теплоперепад которой составляет H0=1000 кДж/кг. Принять, что все ступени идентичны и обладают идентичными параметрами.

Основные плюсы и минусы паровой турбины

  1. Решение:
  2. Проведем ориентировочный расчет коэффициента возврата теплоты qt. Учитывая, что число ступеней нас не известно, предварительно примем их число z равное 10:
  3. qt = kt · (1-ηoi) · H0 · [(z-1)/z]
  4. Где kt –расчетный коэффициент, для турбины, работающей на перегретом пару, равный 5,8·10-4. После преобразований получим:
  5. qt = 5,8 · 10-4 · (1-0,85) · 1000 · [(10-1)/10] = 0,0783
  6. Теперь, зная предварительное значение коэффициента возврата теплоты, можно определить уточненное значение числа ступеней по формуле:
  7. z = [H0 · (1+qt)] / H0ср = [1000·(1+0,0783)] / 100 = 10,783
  8. Полученное значение z округляем в большую сторону и получаем искомую величину z равную 11.
  9. Задача 6.

Диафрагма промежуточной ступени турбины оснащена лабиринтным уплотнением со следующими характеристиками: диаметр уплотнения dу=0,2 м, зазор уплотнения составляет δу=0,4 мм, а количество гребней Z=7.

Пар перед ступенью имеет температуру Т1=400°C и давление P1=1,6 МПа, которое после ступени падает до P2=1,4 МПа.

Читайте также:  Двери из МДФ — плюсы и минусы выбора и установки, советы эксперта

Необходимо рассчитать величину потерь G через уплотнение, при этом коэффициент расхода μу принять равным 0,91.

Основные плюсы и минусы паровой турбины

  • Решение:
  • Достаточно больше число гребешков z=7 позволяет использовать упрощенную формулу расчета величины потерь:
  • G = μy · Fy · √(1-ϵy²)/z · √p1/v1
  • Где: Fу – площадь зазора уплотнения, м2 εу – отношение давлений по разные стороны от уплотнения p2/p1 = 1,4/1,6 = 0,875; v1 – удельный объем, м3/кг.
  • Площадь зазора уплотнения можно определить исходя из имеющихся геометрических параметров уплотнения, указанных в условии задачи, по формуле:
  • Fy = π · dy · δy = 3,14·0,2·0,4· 10-3 = 0,2512·10-3 [м²]
  • Величину удельного объема можно определить по i-s диаграмме, и для P1=1,6 МПа и T1=400°C удельный объем составит v1=0,19 м3/кг.
  • Рассчитаем искомую величину потерь:
  • G = 0,91 · 0,2512· 10-3 · √(1-0,875²)/7 · √(1,6·106)/0,19 = 0,121 кг/с
  • Задача 7.

Дана турбина, номинальному режиму работы которой соответствуют следующие параметры: температура на входе Tн0=800 °C, давление на входе Pн0=1 МПа, расход пара G0=200 кг/сек, а давление пара на выходе Pк0=0,1 МПа.

Вследствие реорганизации производства были изменены рабочие параметры турбины, так расход увеличился до G1=210 кг/сек., а температура упала до Тн1=750°C.

Какое давление пара на входе Pн1 необходимо обеспечить при изменившихся условиях, чтобы обеспечить неизменное давление пара выходе, то есть Pк1=Pк0.

  1. Решение:
  2. Искомую величину можно определить, воспользовавшись следующим соотношением:
  3. G1/G0 = √(Pн1²-Pк1²)/(Pн0²-Pк0²) · √Tн0/Tн1
  4. Выразим из данного выражения давление на входе  Pн1 и рассчитаем его:
  5. Pн1 = √(G1/G0)² · (Pн0²-Pк0²) · Tн1/Tн0 + Pк1² = √(210/200)²·(1²-0,1²) · (750+273)/(800+273) + 0,1² = 1,025 МПа

Источник: https://intech-gmbh.ru/condensing_steam_turbines/

Типы паровых турбин

Паровая турбина — это машина, предназначенная для преобразования тепловой энергии пара в механическую энергию вращения.

В паровой турбине, как следует из названия, работу совершает нагретый пар. Пар в турбину поступает из парового котла или котла-утилизатора. Температура, с которой приходит в турбину пар, может быть разной. Но в основном, температура пара в районе 500-570 градусов Цельсия. Давление, также, разнообразное. Самое распространённое, это — 90 ата, 130 ата и 240 ата.

По типу паровые турбины делятся на: конденсационные, теплофикационные, теплофикационные с отбором пара на производство, противодавленческие.

В общем можно сказать, что тип турбины зависит от того, сколько и полностью ли пар совершает работу в турбине и куда он ещё идёт «на сторону».

Конденсационные турбины

Вероятно, этот тип турбин самый распространённый (маркировка — К). В комплекте с самой такой турбинной обязательно есть ещё устройство для сбора отработавшего пара — конденсатор. Весь отработавший пар в такой турбине поступает в конденсатор.

Конденсационные паровые турбины предназначены для выработки электричества. Т.е. такие турбины ставят на ГРЭС. На ТЭЦ ставят, в основном, другого типа турбины. Весь пар с котла поступивший в такую турбину совершает работу для получения электроэнергии. Тепловую энергию с таких турбин не получают, за редкими исключениями.

Основные плюсы и минусы паровой турбины

В России такие турбины в советское время производил завод ЛМЗ — Ленинградский металлический завод. В настоящее время он переименован в ОАО «Силовые машины».

Теплофикационные турбины

Турбины типа — Т. Этот вид турбин устанавливают на ТЭЦ, т.е. там, где помимо выработки электричества, ещё нужно получать тепловую энергию — отопление и горячее водоснабжение.

У теплофикационных турбин существуют регулируемые теплофикационные отборы пара. Регулировка осуществляется поворотной диафрагмой. Пар с такого отбора поступает в сетевые подогреватели — теплообменники, где пар передаёт своё тепло сетевой воде.

Теплофикационные турбины, как правило, могут работать и в конденсационном режиме, например, в летнее время. В таком случае пар на сетевые подогреватели не поступает, а весь используется для выработки электричества.

Основные плюсы и минусы паровой турбины

Теплофикационные турбины в России производятся на УТЗ — Уральском турбинном заводе.

Теплофикационные турбины с промышленным отбором пара

Маркировка таких турбин — ПТ.

Промышленный отбор пара означает то, что часть пара с таких турбин уходит на какое-либо стороннее производство (завод, фабрику и т.д.). Пар может возвращаться обратно на электростанцию в виде конденсата, а может и полностью теряться.

Такие турбины в настоящее время практические не устанавливают. В советское время их устанавливали на ТЭЦ вблизи крупных промышленных предприятий — химических комбинатов, деревообрабатывающих заводах и т.д..

Противодавленческие турбины

Противодавленческие турбины имеют маркировку — Р. В составе таких турбин отсутствует конденсатор, а весь отработавший пар идёт с каким-либо небольшим давлением стороннему потребителю.

Этот тип турбин в настоящее время, как и турбины ПТ, не находит применение за редким исключением. После распада Советского Союза многие такие турбины «пылились» без дела, так как отсутствовал внешний потребитель отработавшего пара. Без потребителя пара невозможна и их эксплуатация, а значит и выработка электричества.

Паровая турбина Р-27-8,8/1,35:

Но позже нашли оригинальное решение их модернизации. В пару к таким турбинам начали устанавливать небольшие турбины типа К (конденсационные), рассчитанные на работу с низким давлением пара. Т.

е после того, как пар отработал в турбине Р, он не идёт стороннему потребителю, а поступает на вход дополнительно установленной турбины типа К, где завершает свою работу и конденсируется в конденсаторе.

Источник: http://tesiaes.ru/?p=5280

Паровая турбина

Паровые турбины используются в качестве первичных двигателей промышленных когенерационных установок в течение многих лет.

Принцип работы паровой турбины

Пар, образующийся в паровом котле, расширяясь, под высоким давлением проходит через лопатки турбины. Турбина вращается и производит механическую энергию, используемую генератором для производства электричества. Электрическая мощность системы зависит от того, на сколько велик перепад давления пара на входе и выходе турбины.

Для эффективной работы пар в турбину должен подаваться с высокими давлением и температурой. Такие условия предъявляют повышенные требования к котельному оборудованию, что приводит к прогрессивному росту капитальных расходов и стоимости сопровождения.

Преимуществом технологии является возможность использования в котле самого широкого спектра топлив, включая твердые. Однако использование тяжёлых нефтяных фракций и твердого топлива снижает экологические показатели системы, которые определяются составом отходящих из котла продуктов горения.

По умолчанию, паровые турбины производят на много больше тепла, чем электричества, в результате имеют место высокие затраты на установленную мощность.

Основные достоинства паровой турбины

  • работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твёрдое;
  • высокая единичная мощность;
  • свободный выбор теплоносителя;
  • широкий диапазон мощностей;
  • внушительный ресурс паровых турбин;

Основные плюсы и минусы паровой турбины

Основные элементы и принцип работы паровой турбины:

Основные элементы паровой турбины — корпус, сопла и лопатки ротора. Пар от внешнего источника по трубопроводам подводится к турбине. В соплах потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию струи.

Вырывающийся из сопел пар направляется на изогнутые (специально спрофилированные) рабочие лопатки, расположенные по периферии ротор. Под действием струи пара появляется тангенциальная (окружная) сила, приводящая ротор во вращение.

Сопла и лопатки.

Пар под давлением поступает к одному или нескольким неподвижным соплам, в которых происходит его расширение и откуда он вытекает с большой скоростью. Из сопел поток выходит под углом к плоскости вращения рабочих лопаток.

В некоторых конструкциях сопла образованы рядом неподвижных лопаток (сопловой аппарат). Лопатки рабочего колеса искривлены в направлении потока и расположены радиально. В активной турбине проточный канал рабочего колеса имеет постоянное поперечное сечение, т.е.

скорость в относительном движении в рабочем колесе по абсолютной величине не меняется. Давление пара перед рабочим колесом и за ним одинаковое. В реактивной турбине проточные каналы рабочего колеса имеют переменное сечение.

Проточные каналы реактивной турбины рассчитаны так, что скорость потока в них увеличивается, а давление соответственно падает.

Турбины обычно проектируют так, чтобы они находились на одном валу с устройством, потребляющим их энергию. Скорость вращения рабочего колеса ограничивается пределом прочности материалов, из которых изготовлены диск и лопатки. Для наиболее полного и эффективного преобразования энергии пара турбины делают многоступенчатыми. Тепловые циклы.

Цикл Ранкина. В турбину, работающую по циклу Ранкина, пар поступает от внешнего источника пара; дополнительного подогрева пара между ступенями турбины нет, есть только естественные потери тепла. Цикл с промежуточным подогревом. В этом цикле пар после первых ступеней направляется в теплообменник для дополнительного подогрева (перегрева).

Затем он снова возвращается в турбину, где в последующих ступенях происходит его окончательное расширение. Повышение температуры рабочего тела позволяет повысить экономичность турбины. Цикл с промежуточным отбором и утилизацией тепла отработанного пара.

Пар на выходе из турбины обладает еще значительной тепловой энергией, которая обычно рассеивается в конденсаторе. Часть энергии может быть отобрана при конденсации отработанного пара.

Некоторая часть пара может быть отобрана на промежуточных ступенях турбины и использована для предварительного подогрева, например, питательной воды или для каких-либо технологических процессов. Конструкции турбин.

В турбине происходит расширение рабочего тела, поэтому для пропуска возросшего объемного расхода последние ступени (низкого давления) должны иметь больший диаметр. Увеличение диаметра ограничивается допустимыми максимальными напряжениями, обусловленными центробежными нагрузками при повышенной температуре. В турбинах с разветвлением потока пар проходит через разные турбины или разные ступени турбины.

Применение паровых газовых турбин

Для обеспечения высокого КПД турбина должна вращаться с высокой скоростью, однако число оборотов ограничивается прочностью материалов турбины и оборудованием, которое находится на одном валу с ней.

Электрогенераторы на тепловых электростанциях рассчитывают на 1500 до 6500 об/мин и обычно устанавливают на одном валу с турбиной. На одном валу с турбиной могут быть установлены центробежные нагнетатели и насосы, вентиляторы и центрифуги.

Низкоскоростное оборудование соединяется с высокоскоростной турбиной через понижающий редуктор, как, например, в судовых двигателях, где гребной винт должен вращаться с частотой от 60 до 400 об/мин.

Источник: http://ecoforwardgroup.ru/?page_id=134

Реферат: Паровая турбина

«МОУ Средняя общеобразовательная школа №1 с углублённым изучением английского языка»

  • «МОУ Средняя общеобразовательная школа №…»
  • Реферат по теме:
  • «Паровая турбина»
  • Выполнил: ученик … класса…
  • Проверил: учитель физики …
  • 2008г.
  • Содержание:
  • 2-Содержание
  • 3-Паровая турбина
  • 3-Классификация
  • 4-Плюсы и минусы
  • 5-Из истории паровой турбины
  • 6-Карл-Густав-Патрик де Лаваль
  • 8- Чарльз Алджернон Парсонс
  • 10- Морские котлотурбинные установки
  • 12-Триумф паротурбинной энергетики
  • 13-Приложение
  • 15-Литература
Читайте также:  Отбеливание зубов: плюсы, минусы и особенности процедуры

< Паровая турбина — вид парового двигателя, в котором струя пара, действуя на лопатки ротора, вызывает его вращение. В настоящее время паровые турбины применяются вместе с котлами, работающими на органическом топливе или с ядерными реакторами на электростанциях и крупных судах и кораблях. Паровые турбины используются в качестве первичных двигателей промышленных когенерационных установок в течение многих лет. Пар, образующийся в паровом котле, расширяясь, под высоким давлением проходит через лопатки турбины. Турбина вращается и производит механическую энергию, используемую генератором для производства электричества.>

Электрическая мощность системы зависит от того, на сколько велик перепад давления пара на входе и выходе турбины.

Для эффективной работы пар в турбину должен подаваться с высокими давлением и температурой (42 бар/400°С или 63 бар/480°С), (советские конденсационные турбины К-800-240 номинальная мощность 800 МВт, начальное давление 240 бар, 540°С). Такие условия предъявляют повышенные требования к котельному оборудованию, что приводит к прогрессивному росту капитальных расходов и стоимости сопровождения.

Преимуществом технологии является возможность использования в котле самого широкого спектра топлив, включая твердые.

Однако использование тяжёлых нефтяных фракций и твердого топлива снижает экологические показатели системы, которые определяются составом отходящих из котла продуктов горения.

По умолчанию, паровые турбины производят на много больше тепла, чем электричества, в результате имеют место высокие затраты на установленную мощность.

Классификация

Конденсационные собственно для производства электроэнергии, вся энергия расходуется на производство электроэнергии, выход пара с турбины в конденсатор производится с минимально возможным давлением и температурой (около 0,03бар, 30°С) для повышения термического КПД. как правило имеют большую мощность (в тепловых станциях до 1200 МВт, в атомных до 1500 МВт), используется только на электростанциях. Маркируются К-800-240, где

  1. К — тип турбины (конденсационная)
  2. 800 — номинальная мощность, МВт
  3. 240 — давление свежего пара, кгс/см2
  4. С противодавлением весь выход пара производится с большим давлением и температурой обусловленные необходимостью, применяют для теплоснабжения и производства, электрическая мощность ограничена тепловой мощностью потребителя тепла. Маркируются Р-100-130/15, где
  5. Р — тип турбины (с противодавлением)
  6. 100 — номинальная мощность, МВт
  7. 130 — давление свежего пара, кгс/см2
  8. 15 — противодавление, кгс/см2
  9. Теплофикационные и промышленные совмещают в себе два предыдущих типа: часть пара отбирается для производства или отопления, а часть доходит до конденсатора проходя полный цикл, применяются на теплоэлектроцентралях. Турбины с отопительным отбором маркируются Т-100/120-130, где
  10. Т — тип турбины (с отопительным отбором)
  11. 100 — номинальная мощность, МВт
  12. 120 — максимальная мощность, МВт
  13. 130 — давление свежего пара, кгс/см2
  14. Турбины с производственным отбором маркируются П-25/30-90/13, где
  15. П — тип турбины (с производственным отбором)
  16. 25 — номинальная мощность, МВт
  17. 30 — максимальная мощность, МВт
  18. 90 — давление свежего пара, кгс/см2
  19. 13 — номинальное давление пара в производственном отборе, кгс/см2
  20. Плюсы
  21. работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое
  22. высокая единичная мощность
  23. свободный выбор теплоносителя
  24. широкий диапазон мощностей
  25. внушительный ресурс паровых турбин
  26. Минусы
  27. высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова)
  28. дороговизна паровых турбин
  29. низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии
  30. дорогостоящий ремонт паровых турбин
  31. снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива
  32. Из истории паровой турбины

Девятнадцатый век не зря называли веком пара.С изобретением паровой машины произошел настоящий переворот в промышленности, энергетике, транспорте. Появилась возможность механизировать работы, ранее требовавшие слишком много человеческих рук. Железные дороги резко расширили возможности транспортировки грузов по суше.

В море вышли огромные суда, способные двигаться против ветра и гарантировавшие своевременность доставки товаров. Расширение объемов промышленного производства поставило перед энергетикой задачу всемерного повышения мощности двигателей.

Однако первоначально вовсе не высокая мощность вызвала к жизни паровую турбину…

Гидравлическая турбина как устройство для преобразования потенциальной энергии воды в кинетическую энергию вращающегося вала известна с глубокой древности.

У паровой турбины история столь же долгая, ведь одна из первых конструкций известна под наименованием «турбины Герона» и датируется первым столетием до нашей эры.

Однако сразу заметим — вплоть до XIX века турбины, приводимые в движение паром, являлись скорее техническими курьезами, игрушками, чем реальными промышленно применимыми устройствами.

И только с началом индустриальной революции в Европе, после широкого практического внедрения паровой машины Д. Уатта, изобретатели стали присматриваться к паровой турбине, так сказать, «вплотную».

Создание паровой турбины требовало глубокого знания физических свойств пара и законов его истечения.

Изготовление ее стало возможным только при достаточно высоком уровне технологии работы с металлами, поскольку потребная точность изготовления отдельных частей и прочность элементов были существенно более высокими, чем в случае паровой машины.

В отличие от паровой машины, совершающей работу за счет использования потенциальной энергии пара и, в частности, его упругости, паровая турбина использует кинетическую энергию струи пара, преобразуя ее во вращательную энергию вала.

Важнейшей особенностью водяного пара является высокая скорость истечения его из одной среды в другую даже при относительно небольшом перепаде давлений. Так, при давлении 5 кгс/м2 струя пара, вытекающая из сосуда в атмосферу, имеет скорость около 450 м/с.

В 50-х годах прошлого века было установлено, что для эффективного использования кинетической энергии пара окружная скорость лопаток турбины на периферии должна быть не менее половины скорости обдувающей струи, следовательно, при радиусе лопаток турбины в 1 м необходимо поддерживать частоту вращения около 4300 об/мин.

Техника первой половины XIX века не знала подшипников, способных длительно выдерживать такие скорости. Опираясь на собственный практический опыт, Д.

Уатт считал столь высокие скорости движения элементов машины недостижимыми в принципе, и в ответ на предупреждение об угрозе, которую могла создать турбина изобретенной им паровой машине, ответил так: «О какой конкуренции может идти речь, если без помощи Бога нельзя заставить рабочие части двигаться со скоростью 1000 футов в секунду?»

Однако время шло, техника совершенствовалась, и час практического примения паровой турбины пробил. Впервые примитивные паровые турбины были использованы на лесопилках в восточной части США в 1883-1885 гг. для привода дисковых пил. Пар подводился через ось и далее, расширяясь, направлялся по трубам в радиальном направлении.

Каждая из труб заканчивалась изогнутым наконечником. Таким образом, по конструкции описываемое устройство являлось весьма близким к турбине Герона, обладало крайне низким к.п.д., но более подходило для привода высокооборотных пил, нежели паровая машина с ее возвратно-поступательным движением поршня.

К тому же для нагрева пара использовалось, по тогдашним понятиям, бросовое топливо — отходы лесопильного производства.

Впрочем, эти первые американские паровые турбины широкого распространения не получили. Их влияние на дальнейшую историю техники практически отсутствует. Чего нельзя сказать об изобретениях шведа французского происхождения де Лаваля, имя которого сегодня известно любому двигателисту.

Карл-Густав-Патрик де Лаваль

Предки де Лаваля были гугенотами, вынужденно эмигрировавшими в Швецию в конце XVI века из-за преследований на родине. Карл-Густав-Патрик («основным» считалось все же имя Густав) родился в 1845 г.

и получил превосходное образование, окончив технологический институт и университет в Упсале. В 1872 г. де Лаваль стал работать в качестве инженера по химической технологии и металлургии, но вскоре заинтересовался проблемой создания эффективного сепаратора для молока.

В 1878 г. ему удалось разработать удачный вариант конструкции сепаратора, получивший широкое распространение; вырученные средства Густав использовал для развертывания работ по паровой турбине.

Толчок к занятию новым устройством дал именно сепаратор, поскольку он нуждался в механическом приводе, способном обеспечить частоту вращения не менее 6000 об/мин.

Для того, чтобы избежать применения всякого рода мультипликаторов, де Лаваль предложил разместить барабан сепаратора на одном валу с простейшей турбиной реактивного типа. В 1883 г. на эту конструкцию был взят английский патент. Затем де Лаваль перешел к разработке одноступенчатой турбины активного типа, и уже в 1889 г.

он получил патент на расширяющееся сопло (и сегодня термин «сопло Лаваля» является общеупотребительным), позволяющее уменьшить давление пара и повысить его скорость до сверхзвуковой. Вскоре после этого Густав сумел преодолеть и другие проблемы, возникавшие при изготовлении работоспособной активной турбины.

Так, он предложил применить гибкий вал, диск равного сопротивления и выработал способ закрепления лопаток в диске.

На международной выставке в Чикаго, проходившей в 1893 г., была представлена небольшая турбина де Лаваля мощностью 5 л.с.

с частотой вращения 30 000 об/мин! Огромная скорость вращения являлась важным техническим достижением, но одновременно она стала и ахиллесовой пятой такой турбины, поскольку для практического применения она предполагала включение в состав силовой установки понижающего редуктора.

В ту пору редукторы изготавливали, главным образом, одноступенчатыми, поэтому нередко диаметр большой шестерни в несколько раз превосходил размеры самой турбины. Необходимость применения громоздких зубчатых понижающих передач помешала широкому внедрению турбин де Лаваля. Самая большая одноступенчатая турбина мощностью 500 л.с. имела расход пара на уровне 6…7 кг/л.с.·ч.

Интересной особенностью творчества Лаваля можно считать его «голый эмпиризм»: он создавал вполне работоспособные конструкции, теорию которых позднее разрабатывали другие. Так, теорией гибкого вала впоследствии глубоко занимался чешский ученый А. Стодола, он же систематизировал основные вопросы расчета на прочность турбинных дисков равного сопротивления.

Именно отсутствие хорошей теории не позволило де Лавалю добиться больших успехов, к тому же он был человеком увлекающимся и легко переключался с одной темы на другую. Пренебрегая финансовой стороной дела, этот талантливый экспериментатор, не успев реализовать очередное изобретение, быстро охладевал к нему, увлекшись новой идеей.

Иного рода человеком был англичанин Чарльз Парсонс, сын лорда Росса.

Источник: https://ronl.org/referaty/tehnika-fizika/48305/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector